SMA混合料配合比設(shè)計(jì)總結(jié)

1、SMA混合料配合比設(shè)計(jì)總結(jié)劉積軍 山東省路橋集團(tuán)有限公司第四分公司摘  要：SMA是近年來使用較多的性能優(yōu)越的瀝青混合料，但其施工工藝要求較高，其配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及方法也與普通的熱拌瀝青混合料有較大不同。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹其配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及方法。    關(guān)鍵詞：瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)；配合比設(shè)計(jì)；       1  工程概況   菏關(guān)高速公路位于山東省菏澤市，是日照至南洋高速公路的一部分，南北走向的重要交通干道之一。路線全長60多公里，主線路面結(jié)構(gòu)采用30cm石

2、灰、粉煤灰土底基層+14cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+14cm柔性基層（大粒徑瀝青碎石混合料LSM-30）+8cmAC-25 C粗粒式+6cmAC-20C中粒式+4cmSMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料結(jié)構(gòu)，橋面鋪裝采用6cmAC-20C+4cmSMA-13結(jié)構(gòu)。    2  SMA混合料性能及組成特點(diǎn)    21   SMA混合料性能    瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種由優(yōu)質(zhì)瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配粗集料骨架間隙組成的一體混合料，它的

3、最基本組成是碎石骨架和瀝青瑪蹄脂結(jié)合料兩大部分，與我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料，如密級配瀝青混合料(AC型)，)，密級配瀝青碎石混合料（ATB），半開級配瀝青碎石混合料(AM)，開級配瀝青碎石混合料（ATPB），開級配排水式磨耗層瀝青混合料(OGFC)相比，都表現(xiàn)出其優(yōu)越性，SMA具有AC的空隙率小，水穩(wěn)定性及耐久性好，AM、ATB的集料嵌擠作用好，高溫抗車轍能力強(qiáng)，OGFC的抗滑性能好等各種特點(diǎn)，同時(shí)又克服了AC的高溫穩(wěn)定性能不足，AM及ATB的不耐抗裂、抗老化、抗水損害性能差的缺點(diǎn)，因而是一種比較理想的混合料結(jié)構(gòu)。    22  SMA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4、60;   2.2.1礦料是間斷級配，粗集料占到70以上，粗集料顆粒之間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也不會(huì)減小，因而有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力。    2.2.2 SMA使用礦粉多(812)，瀝青多(油石比5565，比密級配瀝青混合料大1左右)，又使用纖維作穩(wěn)定劑，由此組成的瀝青瑪蹄脂有較好的粘結(jié)作用，它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫抗裂性能。   2.2.3 SMA混合料的內(nèi)部空隙率很小(4左右)，混合料滲水很少，幾乎不滲水

5、，水穩(wěn)定性能較好。    2.2.4 SMA要求采用堅(jiān)硬、耐磨的石料，礦料為間斷級配，粗集料含量高，路面壓實(shí)后表面形成大的空隙，構(gòu)造深度大，抗滑性能提高。    2.2.5 SMA混合料內(nèi)部被瀝青瑪蹄脂充分填充，空隙率小，瀝青與空氣接觸少，因而瀝青混合料的耐老化性能好。 由于SMA具有以上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其各種性能都大大提高，減少了維修和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，延長使用壽命，盡管初期投資有所增加，但總體上仍將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益。    3  SMA-13配合比設(shè)計(jì)方法    31&

6、#160; 設(shè)計(jì)原則    3.1.1 SMA混合料的配合比設(shè)計(jì)，遵循現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于SMA混合料配合比設(shè)計(jì)的目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試拌試鋪驗(yàn)證的三個(gè)階段，確定礦料級配及最佳瀝青用量。    3.1.2 SMA配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試件體積設(shè)計(jì)方法：必須具有互相嵌擠緊密的粗集料骨架，馬歇爾試件的VCAmix必須小于搗實(shí)狀態(tài)下的粗集料骨架間隙率VCADRc；填充在SMA的粗集料骨架間隙中的瀝青混合料應(yīng)符合最小瀝青用量的要求，馬歇爾試件的空隙率必須在要求的范圍內(nèi)。    32  設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) &#

7、160;  3.2.1 SMA-13礦料級配采用間斷級配，其級配范圍應(yīng)符合表1要求。 表1  SMA-13混合料礦料級配范圍篩孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001007534262420161512下限1009050201514121098中值1009562.52720.51916131210    3.2.2 SMA配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)符合表2要求。    3.2.3 SMA設(shè)計(jì)配合比檢驗(yàn)，應(yīng)符合表3各項(xiàng)指標(biāo)的要求，試驗(yàn)方法按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(J

8、TJ 052-2000)的規(guī)定進(jìn)行。  表2  SMA馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求試驗(yàn)項(xiàng)目單位技術(shù)要求試驗(yàn)方法不使用改性瀝青使用改性瀝青馬歇爾試件尺寸mm101.6mm*63.5mmT0702馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)兩面擊實(shí)75次T0702空隙率VV%4-4.5T0705礦料間隙率VMA,不小于%17.0T0705粗集料骨架間隙率VCAmix,不大于VCAdrcT0705瀝青飽和度VFA%75-85T0705穩(wěn)定度,不小于KN5.56.0T0709流值mm2-5T0709表3  SMA配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目單位技術(shù)要求試驗(yàn)方法不使用改性瀝青使用改性瀝青謝倫堡瀝青析漏

9、試驗(yàn)的結(jié)合料損失%不大于0.2不大于0.1T0732肯塔堡飛散試驗(yàn)的混合料損失%不大于20不大于15T0733車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度次/mm不小于1500不小于3000T0719水穩(wěn)定性殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)%75以上80以上T0709凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比%75以上80以上T0729滲水系數(shù)Ml/min小于80T0730構(gòu)造深度mm0.8-1.5T07314  材料    4.1瀝青結(jié)合料：全線SMA-13表層瀝青采用5SBS，95加德士基質(zhì)瀝青改性的瀝青，試驗(yàn)結(jié)果見表4。  表4  加德士5SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目單位技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果試

10、驗(yàn)方法針入度(25,100g,5s)0.1mm30-6053.2T0604針入度指數(shù)PI00.27T0604延度(5,5cm/min)cm2027.6T0605軟化點(diǎn),TRB6076.2T0606運(yùn)動(dòng)粘度135Pa.s32.30T0603閃點(diǎn)(COC)230330T0611 溶解度%9999.98T0607離析,48h軟化點(diǎn)差2.50.6T0606彈性恢復(fù)(25)%7089T0605TFOT(或RTFOT) 后殘留物質(zhì)量變化%±1.00.10T0610或T0609針入度比(25)%6579.8T0604延度(25)cm1518.1T0610    4.2

11、粗集料：SMA采用的粗集料應(yīng)采用質(zhì)地堅(jiān)硬，表面粗糙，形狀接近立方體，有良好的嵌擠能力的破碎集料，全線均采用山東章丘、沂水圈里產(chǎn)的玄武巖石料，規(guī)格為510mm、1016mm其技術(shù)性能見表5。表5  章丘玄武巖碎石技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法石料壓碎值（%）不大于266.5T0316洛杉磯磨耗損失（%）不大于288.4T0317表觀相對密度不小于2.62.824T0304吸水率（%）不大于2.01.16T0304與瀝青粘附性不小于45級T0616堅(jiān)固性(%)不大于120.8T0314針片狀(%)不大于1514.6T0312水洗法小于0.075顆粒含量(%)不大于10.6T0310

12、軟石含量(%)不大于32T0320石料磨光值(PSV)不小于4045T0321具有一定破碎面的顆粒含量(%)不小于100100T0346      4.3細(xì)集料：采用章丘玄武巖軋制的機(jī)制砂，具有良好的棱角性和嵌擠功能，可以明顯提高混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表6。 表6  SMA面層用細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法表觀相對密度不小于2.52.810T0328堅(jiān)固性(0.3mm部分)(%)不小于1214.5T0340砂當(dāng)量(%)不小于6071.4T0334     4.4 填料：

13、采用山東嘉祥石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉為了為了增強(qiáng)集料與瀝青的粘附興礦粉種摻加15%的生石灰粉，其技術(shù)性能見表7。表7  SMA面層用礦粉技術(shù)性能   指標(biāo)技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法表觀相對密度不小于2.52.711T0352含水量(%)不大于10.8T0103烘干法粒度范圍0.6100100T03510.1590-10090.3T03510.07575-10077.1T0351外觀無團(tuán)粒結(jié)塊無團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)(%)不大于10.88T0353       4.5 纖維穩(wěn)定劑：采用日照宏祥產(chǎn)木質(zhì)素纖維，用量為瀝青混合料

14、總量03，其技術(shù)性能見表8。    表8  木質(zhì)素纖維質(zhì)量技術(shù)性能項(xiàng)目單位技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果纖維長度,不大于mm6小于6.0灰分含量%18±520.86%PH值7.5±1.07.9吸油率,不小于纖維質(zhì)量的5倍5.48倍含水率(以質(zhì)量計(jì)),小于%54.035 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)  5.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，按圖1步驟進(jìn)行。 材料選擇材料試驗(yàn)粗集料、細(xì)集料、礦粉改性瀝青選擇初始級配測定粗集料的VCADRC纖維穩(wěn)定劑以4.75mm通過率為關(guān)鍵性篩孔,選用中值及中值±3%3個(gè)檔次,設(shè)計(jì)三組級配選擇初始瀝青用量，制作馬歇爾試件分析V

15、MA、VCA等，確定設(shè)計(jì)級配對設(shè)計(jì)級配變化瀝青用量制作馬歇爾試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)體積指標(biāo)及力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行各種配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，確定配合比不合格不合格不合格圖1  SMA目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)流程圖    52 按現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的方法精確測定各種原材料的毛體積相對密度，礦粉為表觀相對密度。試驗(yàn)結(jié)果見表9。    53 設(shè)計(jì)初試級配：    5.3.1 調(diào)整各種礦料比例設(shè)計(jì)3組不同粗細(xì)的初試級配，3組級配的475通過率分別為中值，中值±3，其礦粉數(shù)量大致相同，使0075通過率為10左右，且合成級配

16、應(yīng)符合級配范圍的要求。    三組初試級配見表9山東省菏關(guān)高速公路工程瀝青馬蹄脂碎石SMA-13礦料級配設(shè)計(jì)計(jì)算表篩孔(%)10-16(%)5-10(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級配3工程設(shè)計(jì)級配范圍中值下限上限16100 100 100 100 100 100 100 100 10010010013.281.1 100 100 100 100 93.8 93.8 93.8 95901009.51.4 87.5 100 100 100 61.8 62.2 62.6 62.550754.750.6 2.1 96.7 99.7 100

17、 23.1 26.0 29.0 2720342.360.6 1.0 1.2 78.1100 20.0 22.3 24.6 20.515261.180.6 1.0 1.2 56.4100 17.4 19.1 20.7 1914240.60.6 1.0 1.2 34.9100 14.8 15.9 16.9 1612200.30.6 1.0 1.2 24.799.2 13.5 14.2 15.0 1310160.150.6 1.0 1.2 15.690.5 11.6 12.0 12.4 129150.0750.5 0.8 0.8 5.776.0 8.8 9.0 9.1 10812配合比1334501

18、210100 配合比2334201510100 優(yōu)選配合比3333901810100 4823.1932.7542.0161.4721.0770.7950.5820.4260.312000000000000SMA-13礦料級配設(shè)計(jì)曲線圖最大密度線 工程級配設(shè)計(jì)范圍 級配 級配 級配 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 圖表9 5.3.2 計(jì)算3種初試級配合成集料的毛體積相對密度、合成集料的表觀相對密度、集料的有效相對密度，把每個(gè)合成級配中小于475mm的集料篩除，分別測定475以上粗集料的松方毛體積相對密度s，計(jì)算出粗集料骨架的

19、松裝間隙率。試驗(yàn)結(jié)果見表10。       為了發(fā)揮SMA混合料粗集料的石一石結(jié)構(gòu)的嵌擠作用，在壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率VCAmix必須小于或等于沒有其他集料、結(jié)合料存在時(shí)的粗集料集合體在搗實(shí)狀態(tài)下的間隙率VCADRC，3種級配粗集料的間隙率VCADRC和松方毛體積密度結(jié)果見表10。    5.4 選擇初試瀝青含量，成型馬歇爾試件，根據(jù)VMA和VCA確定設(shè)計(jì)級配。    由于集料的合成毛體積相對密度為2725，根據(jù)美國AASHTO規(guī)范建議并結(jié)合我國實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選

20、擇初試瀝青含量60，拌和混合料成型馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面75次，按表干法測定試件的毛體積相對密度Pf，計(jì)算試件的空隙率VV、礦料間隙率VMA及粗集料骨架間隙率VCA。    表10  粗集料的間隙率VCADRC和松方密度技術(shù)指標(biāo)初試級配級配1級配2級配3集料的合成毛體積相對密度sb272527252725集料的合成表觀相對密度sa281428142814集料的有效相對密度se278227822782粗集料的間隙率VCADRC471346924656粗集料骨架混合料的平均毛體積相對密度CA272927302730475mm以上粗集料的松方毛體積相對密度

21、s144314491459表11 SMA-13混合料體積指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)初試級配級配1級配2級配3毛體積相對密度f236824072423最大理論相對密度t252025202520空隙率VV（%）604538礦料間隙率VMA（%）183170164VCAmix332734763698     由表11可見，3種級配中VCAmix均能滿足小于VCADRC的要求，級配3VMA<17，故選擇475通過率較適合的級配2為設(shè)計(jì)級配。    5.6 調(diào)整瀝青用量成型馬歇爾試件，根據(jù)空隙率VV確定設(shè)計(jì)瀝青含量為60，目標(biāo)空隙率

22、控制在4-4.5之間(表12)。 表12  SMA-13混合料體積指標(biāo)瀝青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix5.72.3902.5205.116.935.26.02.3962.5094.516.935.06.22.3942.5014.317.235.1由于5.7%的瀝青含量的混合料空隙率.間隙率不合格,6.0%瀝青含量的混合料間隙率不合格,故選6.2%的瀝青含量為最佳瀝青含量5.7 SMA配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：    采用級配2，瀝青含量62拌和SMA混合料，對其各項(xiàng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表13。表13  SMA-13目標(biāo)配合比

23、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗(yàn)(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗(yàn)(%)159T0733-2000低溫彎曲試驗(yàn)不小于300019526TO715-1993滲水試驗(yàn)(ml/min)20012.35T0730-2000凍融劈裂強(qiáng)度比(%)8091.36T0729-2000        6  生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)    6.1 按目標(biāo)配合比確定的礦料配合比上料，經(jīng)拌和機(jī)(日工3000型

24、)振動(dòng)篩二次篩分后，取熱料倉1(03mm)，2(35mm)， (1118mm)材料進(jìn)行篩分，結(jié)果見表l4。    6.2 根據(jù)熱料倉篩分結(jié)果，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)3組礦料級配，纖維0.3%、瀝青含量6.2%，在拌和機(jī)上試拌進(jìn)行抽提試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表15。分析試驗(yàn)結(jié)果，確定配合比為級配2 6.3 根據(jù)生產(chǎn)配合比確定的礦料級配，采用62瀝青含量，纖維用量03， SBS改性瀝青，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，抽提試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表16，表17。 表15 抽提試驗(yàn)結(jié)果篩孔161329547523611806030150075級配1100956691291244203157

25、13210982級配210092863525221919152131185級配31009246262520618115113211488表16 生產(chǎn)配合比抽提試驗(yàn)結(jié)果篩孔161329547523611806030150075通過率（%）10094662227622819015513211092表17 生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果瀝青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix622412251942175368 表14  SMA-13生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)礦料級配SMA-13礦料級配設(shè)計(jì)計(jì)算表篩孔(%)12-18(%)5-12(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級

26、配3工程設(shè)計(jì)級配范圍中值下限上限16100 100 100 100 100 100 100 100 10010010013.283.0 99 100 100 100 94.7 94.9 94.4 95901009.55.6 81.6 100 100 100 64.0 64.7 62.5 62.550754.750.9 8.3 80.0 100 100 28.2 28.2 28.0 2720342.360.5 0.3 9.7 91.2 100 23.1 23.1 23.1 20.515261.180.1 0.2 7.0 64.3 100 19.5 19.5 19.5 1914240.60.1 0

27、.2 4.741.0 100 16.5 16.5 16.5 1612200.30.1 0.2 3.731.8 99.0 15.1 15.1 15.1 1310160.150.1 0.2 3.123.2 91.2 13.2 13.2 13.2 129150.0750.1 0.2 2.210.9 77.3 10.0 10.0 10.0 10812配合比1294701311100 配合比2284801311100 配合比3314501311100 工程級配設(shè)計(jì)范圍 最大密度線      表18  SMA-13生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求試驗(yàn)

28、結(jié)果試驗(yàn)方法謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)(%)不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗(yàn)(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗(yàn)(%)159T0733-2000低溫彎曲試驗(yàn)不小于300019526TO715-1993滲水試驗(yàn)(ml/min)20012.35T0730-2000凍融劈裂強(qiáng)度比(%)8091.36T0729-2000    7  試驗(yàn)段混合料質(zhì)量檢驗(yàn)    根據(jù)生產(chǎn)配合設(shè)計(jì)確定的礦料比例：碎石1016：碎石510：碎石03：礦粉33：42：15：10，瀝青含量62，采用日工3000型瀝青混合料拌和機(jī)生產(chǎn)，每盤拌和容量為3噸，拌和過程逐盤打印各個(gè)料倉的材料用量、礦料及瀝青溫度。試鋪過程中，現(xiàn)場抽樣按試驗(yàn)規(guī)程JTJ 052-2000進(jìn)行抽提篩分、馬歇爾試驗(yàn)及車轍試驗(yàn)、瀝青析漏試